電力分析儀的應(yīng)用

　　為了滿足JB/T3382.2-2000標(biāo)準(zhǔn)中6.4章節(jié)的要求，經(jīng)過一年多時(shí)間的調(diào)訪，決定采用HIOKI3286型電力分析儀，成功地解決了機(jī)床的磨頭空載功率的測試工作。HIOKI3286型電力分析儀采用單片微處理器技術(shù)，可以完成對(duì)單相交流電動(dòng)機(jī)或三相交流電動(dòng)機(jī)的電壓、電流、有功功率、視在功率、功率因數(shù)、相位角等多項(xiàng)性能的測試。

　　1.功率因數(shù)

　　相位角的測量是通過測量電壓和電流過零點(diǎn)的差來完成的。如下圖所示。儀器通過相位角φ，電壓U和電流I來計(jì)算三相實(shí)時(shí)有功功率P，視在功率S ，無功功率Q，反應(yīng)系數(shù)sinφ，功率因數(shù)cosφ。

　　對(duì)于變頻器或晶閘管調(diào)速電路的畸變輸入波形，或者是受干擾的畸變波形，測試會(huì)不準(zhǔn)確或根本不能進(jìn)行測試。在三相功率因數(shù)表的模式下，有功功率的計(jì)算是當(dāng)作三相平衡負(fù)載處理的。如果三相不平衡，測試結(jié)果不準(zhǔn)確。

　　對(duì)于變頻器或晶閘管調(diào)速電路的畸變輸入波形的測試為什么會(huì)造成不準(zhǔn)確呢?這是因?yàn)閷?duì)于畸變的波形，單相功率測量方式下測得的功率因數(shù)λ和單相功率因數(shù)測量方式下測得的功率因數(shù)λ是不同的。造成這種測量結(jié)果不同的，原因是單相功率測量方式是通過有功功率和視在功率來計(jì)算λ，即計(jì)算λ=P/S。而單相功率因數(shù)測量方式會(huì)將電壓波形和電流波形認(rèn)為是正弦波，通過相位角φ來計(jì)算λ。 相位角測量是功率因數(shù)方式計(jì)算的基礎(chǔ)，如果說波形發(fā)生畸變，這種功率因數(shù)的測量方式計(jì)算會(huì)產(chǎn)生很大誤差，甚至是完全錯(cuò)誤。因此，對(duì)于波形發(fā)生畸變時(shí)，應(yīng)該使用單相功率測量方式計(jì)算功率因數(shù)。

　　例如：

　　注：峰值因數(shù)為1.9的畸變波。

　　a)單相功率因數(shù)測量方式下的計(jì)算λ，功率因數(shù)測量方式會(huì)將電壓波形和電流波形認(rèn)為是正弦波，通過相位角來計(jì)算λ。 相位角測量是功率因數(shù)方式計(jì)算的基礎(chǔ)，如果說電壓波形和電流波形是正常的，無疑單相功率因數(shù)測量方式下的計(jì)算λ結(jié)果是正確的。

　　b)如果說輸入的電壓波形和電流波形發(fā)生了畸變時(shí)，而單相功率因數(shù)測量方式同樣會(huì)將電壓波形和電流波形認(rèn)為是正弦波，通過相位角來計(jì)算λ。 相位角測量也是功率因數(shù)方式計(jì)算的基礎(chǔ)，如果說波形發(fā)生畸變，這種功率因數(shù)的測量方式計(jì)算會(huì)產(chǎn)生很大誤差。因此，對(duì)于波形發(fā)生畸變時(shí)，應(yīng)該使用單相功率測量方式計(jì)算功率因數(shù)，原因是單相功率測量方式是通過有功功率和視在功率來計(jì)算λ。

　　c)三相功率因數(shù)測量方式下的計(jì)算λ，功率因數(shù)測量方式會(huì)將電壓波形和電流波形認(rèn)為是正弦波，通過相位角來計(jì)算λ。 相位角測量是功率因數(shù)方式計(jì)算的基礎(chǔ)，如果說電壓波形和電流波形是正常的，無疑三相功率因數(shù)測量方式下的計(jì)算λ結(jié)果是正確的。

　　d)如果說輸入的電壓波形和電流波形發(fā)生了畸變時(shí)，而三相功率因數(shù)測量方式同樣會(huì)將電壓波形和電流波形認(rèn)為是正弦波，通過相位角來計(jì)算λ。 相位角測量也是功率因數(shù)方式計(jì)算的基礎(chǔ)，如果說波形發(fā)生畸變，這種功率因數(shù)的測量方式計(jì)算會(huì)完全錯(cuò)誤。因此，對(duì)于波形發(fā)生畸變時(shí)，應(yīng)該使用三相功率測量方式計(jì)算功率因數(shù)。原因是與單相功率測量方式相同，三相功率測量方式也是通過有功功率和視在功率來計(jì)算λ。

　　2.功率測量

　　a)對(duì)于單相電路而言，電機(jī)功率的計(jì)算公式是：P=IUcosφ，由于單相電路的功率測量電路是維一的測量回路，它的負(fù)載功率也是維一的，因此可以直接用HIOKI3286型電力分析儀測量，可以直接從HIOKI3286型電力分析儀上讀出測量結(jié)果，測量電路見附圖1。

　　b)對(duì)于三相電路而言， 測量電路見附圖2，三相電機(jī)功率的計(jì)算公式是：P=1.732IUcosφ，由于三相電路的功率測量電路是三相的測量回路，這就涉及它的負(fù)載功率是否平衡， 如果說它的負(fù)載功率是平衡的，可以直接用HIOKI3286型電力分析儀測量，從HIOKI3286型電力分析儀上讀出測量結(jié)果。

　　c)如果說它的負(fù)載功率不是平衡的， 測量電路仍按附圖2，直接用HIOKI3286型電力分析儀測量，從HIOKI3286型電力分析儀上讀出測量結(jié)果就會(huì)產(chǎn)生較在的測量誤差。 這是因?yàn)楣绞牵篜=1.732IUcosφ，其中電流I的取值源于儀器的鉗形傳感器，如果說鉗形傳感器所測量的那一相的負(fù)載大，則測量結(jié)果的讀數(shù)就會(huì)相應(yīng)的增大， 如果說鉗形傳感器所測量的那一相的負(fù)載輕， 則測量結(jié)果的讀數(shù)就會(huì)相應(yīng)的減小。

因此， 如果說它的負(fù)載功率不是平衡的， 測量電路應(yīng)按附圖3，對(duì)電機(jī)功率進(jìn)行二次測量， 從HIOKI3286型電力分析儀上讀出的二次測量結(jié)果，進(jìn)行相加。電機(jī)功率是：P=P1+P2

　　三相有功功率P=P1+P2=-O.54+1.98=1.44 kW

　　三相視在功率S=0.866(2.61+2.57)=4.49 kVA

　　功率因數(shù)λ=P/S=1.44/4.49=0.321

　　d)三相四線回路的測量，對(duì)于如果說它的負(fù)載功率是平衡的， 三相四線回路的功率和功率因數(shù)測量是與三相三線回路的測量相同，不需要使用中線，同樣可以直接用HIOKI3286型電力分析儀測量，可以直接從HIOKI3286型電力分析儀上讀出測量結(jié)果。然而，對(duì)于三相不平衡負(fù)載，測量方式與單相二線系統(tǒng)相同，將單元設(shè)置為單相測量模式，但測量電路應(yīng)按附圖四進(jìn)行接線和測量，以中線為基準(zhǔn)，對(duì)三相負(fù)載進(jìn)行分別測量， 分別從HIOKI3286型電力分析儀上讀出的三次測量結(jié)果，將這些功率讀數(shù)進(jìn)行累加，此時(shí)的功率應(yīng)是：P=P1+P2+P3

　　e) 對(duì)于小功率的三相交流異步電機(jī)， 測量電路見附圖2，在這種情況下， 雖然說它的三相負(fù)載功率是平衡的，但由于電機(jī)功率太小， 難以直接從HIOKI3286型電力分析儀上讀出測量結(jié)果。

　　以我公司生產(chǎn)的HZ-150手動(dòng)小型1平面磨床為例，它的磨頭電機(jī)的功率是0.75kW，而它的磨頭電機(jī)的空載功率僅只有50W-80W之間，在這種情況下，已低于HIOKI3286型電力分析儀的最小分辨率，不可能直接從HIOKI3286型電力分析儀上讀出測量結(jié)果。因此，測量電路仍應(yīng)按附圖2接線，將單元設(shè)置為單相測量模式，直接從HIOKI3286型電力分析儀上讀出測量結(jié)果除以1.732即此時(shí)的磨頭電機(jī)空載功率P=P(讀數(shù))/1.732。

　　3.視在功率S，無功功率Q，反應(yīng)系數(shù)sinφ，功率因數(shù)cosφ的測量。這些是在功率測量和功率因數(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。根據(jù)被測對(duì)象的不同，分別按附圖1至附圖4測量電路接線，然后按不模式按鍵，可直接從HIOKI3286型電力分析儀上讀出。視在功率S，無功功率Q，反應(yīng)系數(shù)sinφ，功率因數(shù)cosφ的測量結(jié)果。

　　4.電流，電壓，頻率和相序的檢測

　　電流的檢測要激活電流顯示模式，打開鉗頭，鉗住被測導(dǎo)體， 被測導(dǎo)體應(yīng)置于鉗頭的中心位置，可以檢測出電流的有效值，最大值和電路的頻率。還可根據(jù)需要選擇自動(dòng)檔和手動(dòng)檔測量。

　　電壓的檢測要激活電壓顯示模式，將電壓連線連接到儀器，可以檢測出電壓的有效值，最大值。還可根據(jù)需要選擇自動(dòng)檔和手動(dòng)檔測量。

　　相序的檢測，按LINE/HARM鍵，選擇三相功率因數(shù)方式，RST相序模式開始工作，將電壓測試端子連接到儀器上，然后將紅夾子，黑夾子，黃夾子連接到被測電路上，對(duì)于三相回路，儀器會(huì)分別顯示出正常相序，反向相序和缺相三種測量結(jié)果。

　　除了上述所述的測試外，儀器還可以進(jìn)行電流諧波和電壓諧波的測量，還可以將瞬間測量的結(jié)果保持儀器中。

　　5． HIOKI3286型電力分析儀具有重量輕，便于攜帶，操作方便，讀數(shù)直觀正確等顯著特點(diǎn)。在生產(chǎn)和科研工作中，筆者應(yīng)用HIOKI3286型電力分析儀，成功地對(duì)我公司8種平面磨床產(chǎn)品的主軸空運(yùn)轉(zhuǎn)功率，滿載功率進(jìn)行測量。

　　根據(jù)這些測量數(shù)據(jù)，專程到海寧永發(fā)電機(jī)有限公司，利用該公司大型精密電機(jī)檢測系統(tǒng)中，進(jìn)行校核。校核的結(jié)果證明應(yīng)用HIOKI3286型電力分析儀測量的數(shù)據(jù)是正確可靠。此后，還把儀器送浙江省測試技術(shù)研究院進(jìn)行鑒定，證明儀器的各項(xiàng)性能是合格的。

　　在今年三月和九月，國家機(jī)床質(zhì)量監(jiān)督檢測中心對(duì)我公司生產(chǎn)的MM7132A，M7150H，HZ-150三個(gè)產(chǎn)品的出口產(chǎn)品許可證復(fù)查中，應(yīng)用HIOKI3286型電力分析儀測量三個(gè)被檢產(chǎn)品的主軸空載功率和滿載功率，圓滿完成測量任務(wù)，受到國家機(jī)床質(zhì)量監(jiān)督檢測中心專家的好評(píng)。

　　實(shí)踐證明，應(yīng)用HIOKI3286型電力分析儀是我公司電機(jī)性能測試技術(shù)的重大進(jìn)步。